模糊控制在原油穩(wěn)定加熱爐中的節(jié)能應(yīng)用

張丹迪 （大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司）

模糊控制在原油穩(wěn)定加熱爐中的節(jié)能應(yīng)用

張丹迪 （大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司）

北Ⅱ-1原油穩(wěn)定加熱爐進(jìn)油自動控制方案原采用PID控制方式，以出口溫度為參照調(diào)節(jié)對應(yīng)支路入口流量。針對PID控制反應(yīng)過快，造成加熱爐四路入口油量分配不合理，四路出口溫差較大，易偏燒、結(jié)焦及大量消耗燃料氣的問題，研究采用一種在加熱爐出口溫度與支路進(jìn)油間的模糊控制技術(shù)，建立以四路出口較小溫差控制油量分配的基本理論，實時對比判斷四路管線溫差，調(diào)整進(jìn)油量。模糊控制技術(shù)應(yīng)用后可保證油量合理分配，四路溫差控制在要求范圍內(nèi)，避免偏燒、結(jié)焦現(xiàn)象，且降低加熱爐自耗氣的消耗量，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

原油穩(wěn)定加熱爐；模糊控制；數(shù)據(jù)庫；基礎(chǔ)值；能耗

引言

北Ⅱ-1原油穩(wěn)定加熱爐進(jìn)油自動控制方案原采用PID控制方式，以出口溫度為參照調(diào)節(jié)入口流量。當(dāng)油量波動時，PID控制反應(yīng)過快，造成加熱爐四路入口油量不能合理分配，導(dǎo)致四路出口溫差較大，易造成偏燒、結(jié)焦現(xiàn)象。

原控制方式不能有效地將四支路作為一個整體統(tǒng)一控制，且PID控制不能解決以出口溫度為參數(shù)調(diào)節(jié)入口流量帶來的溫度滯后現(xiàn)象[1]。研究后希望采用一種可以實時比較四支路出口溫度差值的控制方式，通過動態(tài)調(diào)節(jié)支路進(jìn)油達(dá)到出口溫度動態(tài)平衡。

選定模糊控制，在傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域里，控制系統(tǒng)動態(tài)模式的精確與否是影響控制優(yōu)劣的關(guān)鍵，系統(tǒng)動態(tài)的信息越詳細(xì)，則越能達(dá)到精確控制的目的。然而，對于復(fù)雜的系統(tǒng)，由于變量太多，且綜合參數(shù)非線性，往往難以正確地描述系統(tǒng)的動態(tài)；因此，采用此技術(shù)的出發(fā)點是人工控制經(jīng)驗或相關(guān)專家知識的模糊控制方式，模擬人工控制的過程和方法，增強(qiáng)控制系統(tǒng)的適應(yīng)能力，使之具有一定的智能水平[2]。

1 實現(xiàn)模糊控制

1）研究加熱爐出口溫度模糊控制思想，建立以四路出口較小溫差控制油量分配的基本理論。

2）建立模糊數(shù)據(jù)庫，摸索溫度差值、時間差值和閥門開度的基礎(chǔ)值。

3）確定模糊控制方案，編制基本邏輯框圖。

4）編寫ME控制程序，確定基本變量和輔助變量。

5）現(xiàn)場調(diào)試。

1.2實現(xiàn)過程

加熱爐四路進(jìn)口流量調(diào)節(jié)以四路出口管線溫度為依據(jù)，實時判斷四路出口中溫度最高的支路與溫度最低的支路的溫度差。當(dāng)實際溫差超過設(shè)定溫差時，溫度最高的支路調(diào)節(jié)閥自動以設(shè)定幅度增加開度；當(dāng)閥門開度超過80%時，調(diào)節(jié)溫度最低的支路調(diào)節(jié)閥，閥門以設(shè)定幅度自動減小開度；當(dāng)最大與最小溫差在設(shè)定范圍時，調(diào)節(jié)閥開度保持恒定不變。閥門可調(diào)開度為20%～80%，四路出口溫度實時動態(tài)比較，四路入口油量動態(tài)平衡，最終達(dá)到四路出口溫差控制在要求范圍內(nèi)，有效避免偏燒、結(jié)焦現(xiàn)象。

建立模糊數(shù)據(jù)庫，摸索溫度差值、時間差值和閥門開度的基礎(chǔ)值?？刂平缑嬷锌梢栽O(shè)置為手動或自動。設(shè)置為手動時，調(diào)節(jié)閥的開度可通過操作人員手動控制；設(shè)置為自動時，需設(shè)定界面中的溫差設(shè)置、幅度設(shè)置和時間設(shè)置。

比較是為了取他人之長改自身之不足，選取美國教科書進(jìn)行比較研究，是期望取其精華之處，推動中國教科書的改革進(jìn)步．但這并不代表要盲目效仿美國教科書，美國學(xué)者所寫的中美數(shù)學(xué)教科書比較的論文中也在尋找其自身的不足，虛心向中國教科書學(xué)習(xí)．如美國學(xué)者Lo Jane-Jane指出中國教科書“比率和比例”（ratio and proportion）[17]部分的例習(xí)題，較復(fù)雜的題目要多于美國教科書，并提倡向中國學(xué)習(xí)．對此，中國數(shù)學(xué)教科書的編寫應(yīng)找到基礎(chǔ)與創(chuàng)新、理論與實際生活的平衡點，保持中國學(xué)生“基礎(chǔ)扎實”的長處的同時努力提升不足之處．

溫差設(shè)置：當(dāng)四路出口中溫度最高的支路與溫度最低的支路溫差超過此設(shè)定值時，開始進(jìn)行自動調(diào)節(jié)（經(jīng)摸索逐步建立溫差數(shù)據(jù)庫，目前設(shè)定為2℃）。

幅度設(shè)置：調(diào)節(jié)回路每進(jìn)行一次輸出時，調(diào)節(jié)閥開、關(guān)變化的幅度（經(jīng)摸索逐步建立幅度數(shù)據(jù)庫，目前設(shè)定為2）。

時間設(shè)置：確定調(diào)節(jié)回路每進(jìn)行一次輸出的時間周期（經(jīng)摸索逐步建立時間數(shù)據(jù)庫，目前設(shè)定為20 s）。

1.3上位界面

在調(diào)節(jié)界面中可以設(shè)置手動和自動，當(dāng)設(shè)置為手動時調(diào)節(jié)閥的開度可以通過人工手動控制；當(dāng)設(shè)置為自動時，界面中的溫差設(shè)置、幅度設(shè)置和時間設(shè)置可以根據(jù)實際情況進(jìn)行設(shè)置。

1.4邏輯圖（圖1）

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1模糊控制建立模型

北Ⅱ-1原油穩(wěn)定加熱爐支路進(jìn)油控制方式原是以出口溫度為參照控制入口流量，存在溫度滯后造成出口溫差過大，PID控制方式無法解決此問題。傳統(tǒng)的控制理論對于明確系統(tǒng)有較強(qiáng)的控制能力，但對過于復(fù)雜或難以精確描述的系統(tǒng)，則顯得無能為力。采用模糊控制方式，使四條支路同時參與同一動態(tài)調(diào)節(jié)，按照模糊控制中定義變量、模糊化、知識庫、邏輯判斷及反模糊化五步驟[3]，利用有效的知識庫和模糊判斷，加以大量的人工操作經(jīng)驗得到的時間周期、溫度差值、調(diào)節(jié)幅度的變量數(shù)據(jù)庫，建立了適合北Ⅱ-1原油穩(wěn)定加熱爐支路進(jìn)油的模糊控制方案。

圖1 模糊控制邏輯圖

2.2DCS程序編制

在北Ⅱ-1原油穩(wěn)定加熱爐ME控制系統(tǒng)中編制上位、下位加熱爐防偏燒控制程序。下位軟件PAC Control Professional中，原溫度模擬量輸入點及調(diào)節(jié)閥開度數(shù)字量輸出點可不變，增加判斷框中的相應(yīng)變量，設(shè)定時間周期、溫度差值、調(diào)節(jié)幅度變量點，編制邏輯框圖。上位軟件 PAC Display Professional中，繪制調(diào)節(jié)界面，設(shè)定 TV106a、TV106b、TV106c、TV106d輸出值上下限。

2.3模糊數(shù)據(jù)庫中關(guān)鍵值摸索

根據(jù)加熱爐設(shè)備參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)以及模擬計算[4]，且反復(fù)調(diào)節(jié)試驗，最終摸索出適合北Ⅱ-1原油穩(wěn)定加熱爐支路進(jìn)油的模糊數(shù)據(jù)庫：溫差設(shè)置按照工藝要求，可設(shè)定為1～2℃，1℃時調(diào)節(jié)閥動作更為頻繁，不利于調(diào)節(jié)閥長期運(yùn)行，2℃更為理想；幅度設(shè)置過程中，利用控制方案中的手動賦值，摸索幅度值在1～10之間時溫度控制效果，目前設(shè)定為2，較為理想；時間設(shè)置參考其他成功案例，目前設(shè)定為20 s。

3 模糊控制節(jié)能應(yīng)用效果

模糊控制應(yīng)用后，四路進(jìn)油量、四路出口溫度共同實時參與每一次控制判斷，通過更加完善的控制理論精心操控原油四路入口油量，四路出口溫差控制在要求范圍內(nèi)（設(shè)定為2℃），有效避免了偏燒、結(jié)焦現(xiàn)象，且降低加熱爐自耗氣的消耗量，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

此項技術(shù)實施前，加熱爐效率由年初的87%降至年末的85%，實施后加熱爐效率穩(wěn)定不變，加熱爐每年可縮短檢修期6～7 d，年節(jié)省維護(hù)費(fèi)用1.65萬元，年節(jié)省燃料氣16.96×104m3。

4 結(jié)論

經(jīng)過實施可驗證：模糊控制方式較之前PID控制方案更加適合加熱爐四支路進(jìn)油的出口溫度控制；可利用OPTO22控制系統(tǒng)上、下位軟件實現(xiàn)模糊控制；以四路出口較小溫差控制油量分配的基本理論可克服因溫度滯后帶來的控制不穩(wěn)等問題；人工操作經(jīng)驗、加熱爐相關(guān)數(shù)據(jù)及成功案例[5]可幫助建立關(guān)于溫度差值、調(diào)節(jié)幅度與時間設(shè)置的數(shù)據(jù)庫。

該成功經(jīng)驗可在其他原油穩(wěn)定裝置上應(yīng)用，解決因溫度滯后帶來的加熱爐進(jìn)油控制不穩(wěn)情況。

[1]齊京禮,邊永青,鄭偉平,等.基于自適應(yīng)模糊PID控制器的溫度控制系統(tǒng)[J].微計算機(jī)信息,2008,24（9）：74.

[2]孟慶祝，孟維明．模糊控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及研究熱點[J]. Extention廣角，2005（4）：70-72.

[3]陳世權(quán)，吳今培，肖建華．模糊控制的若干問題[J].五邑大學(xué)學(xué)報，1999，13（3）：36-38.

[4]高桂革．模糊控制理論及其應(yīng)用的發(fā)展[J].上海機(jī)電學(xué)院學(xué)報，2005，8（5）：64-68.

[5]崔濤，趙莉.模糊控制理論和應(yīng)用的發(fā)展概況[J].自動化儀表，2002，23（7）：2-3.

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10.3969/j.issn.2095-1493.2016.08.012

2016-05-05

（編輯 李發(fā)榮）

張丹迪，工程師，2008年畢業(yè)于英國布魯內(nèi)爾大學(xué)（數(shù)據(jù)通訊專業(yè)）,從事油氣初加工工藝管理工作，E-mail:tzhangdd@petrochina. com.cn，地址:黑龍江省大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司工程技術(shù)大隊,163457。